科研超级运动装备 破风减水阻增弹力 破奥运纪录！｜STEM教室
2024-07-24 14:00 
今届巴黎奥运会将于2024年7月26日至8月11日在法国巴黎举行。还记得上届2020东京奥运我们一起见证香港运动员的拼搏精神，亦为港队屡创佳绩而兴奋。其中，「牛下女车神」李慧诗在个人争先赛勇夺铜牌，成为首位在两届奥运会夺牌的香港运动员（早前于全运会亦夺得一金一铜）；「香港女飞鱼」何诗蓓以破亚洲纪录时间连夺200米及100米自由泳银牌（及后于国际游泳联赛夺3冠1亚）。
这些讲求速度的项目，运动员的天分固然十分重要，但走上世界舞台，大家实力旗鼓相当，而这时运动科技能令运动员的表现更进一步。究竟是怎样做到呢？就让我们一探个中原理。
破风单车衣 抗风阻
我们知道场地单车和我们平日在户外用的单车有颇大不同，场地单车讲求轻巧快捷，务求令车手容易控制加速及转向；而在室内环境，空气流动亦会为车手表现带来变 数，因此单车亦要有如流綫形等设计来减低风阻，当然，比赛时适当战术亦有助节省运 动员的体力。然而，除此之外，你们知道车手的「战衣」也能有效提升运动员整体表现吗？
秘密武器 科研成果
若果大家有留意2020东京奥运李慧诗的比赛，定必会看到其一身绿色装束。不要以为只是颜色上的改变，其实这运用高科技制造的「破风战衣」正是牛下女车神冲击奖牌的秘密武器，由香港科技大学及香港体育学院联手合作得出的成果。自2019年开展「A. Kwok 运动空气动力科研计画」以来，科大的张欣教授团队及体院的苏志雄博士团队共同在科大的风洞实验室进行一连串的单车空气动力学测试。
减低风阻 减省体力
上面提到一辆好的单车能够减低风阻，但要真正预计到空气流动，就应同时考虑车手身形、骑姿，以及一系列的战术动作。因此，团队亦邀请李慧诗到风洞实验室进行测 试。实验室内模拟比赛空气状况，例如温度、风向、风速等，再实时收集李慧诗的骑车数据，包括姿势、能量消耗及所承受的空气阻力等。
有了这些数据资料，团队就能利用混合物料，配合特别缝制技术，度身订造各种能减低风阻的单车服。除了降低风阻，特殊物料亦能做到贴身及散热的效果，因为研究发现，当运动员体温上升时，其动作会减慢；而尽量减少缝綫亦可减轻重量，令车手进行变速或转向时会更顺畅。当然，单车手亦会穿上不同设计再进行测试，有时亦能根据数据调整自己动作，从而更能减省体力。
根据国际单车联会认证，这件新「破风战衣」比以往的单车衣节省达2.5%的功率，亦即理论上假若单车手以相同功率骑车，将可突破更高速度。
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补充资料
风洞测试
上文提到风洞测试常用以收集空气动力和流动的数据。究竟甚么是风洞测试呢？
试想像要测试一个会动的物件，如车、飞机等，便需要很大的地方才能进行测试，影响效率。于是人们就想到，既然是要了解物件与空气之间的互动，为甚么不倒转过来，固定要测试的物件，并使空气流动呢？计算上，两个情况是相等的。
密闭空间观空气流动
于是人们便建造一个密闭的空间，再通过大型风扇把风吹向物件，该物件可以是如机翼的部件，也可以是小型模型，更可以是一比一相同大小的设计；然后，室内气体会加入烟雾或染料，或是一些特别的气泡，从而在风洞测试时容易观察到空气的流动。
据说，莱特兄弟在发明飞机时亦有利用风洞实验，测试其飞行器是否真的能够飞起来。此后风洞测试不止用于研究行驶的物件，科学家亦进而研究空气本身，例如空气在建筑物间如何流动。今时今日，随着电脑普及化，人们开始建立电脑模型，模拟空气在物体之间的流动。当然，如单车比赛等涉及运动员的细微动作，还是在一个实在的风洞实验室进行实验才会收集到更准确的数据。
鲨鱼衣之后 减水阻
介绍充满科技的运动衣，怎能不提富争议性的泳衣呢？当年的「鲨鱼衣」曾哄动一时，多名泳手纷纷选用，一些运动员甚至承认穿上鲨鱼装后表现脱胎换骨，就像「作弊」一样。这个争议虽然于2010年在国际游泳总会下令禁止选用后得以结束，但泳衣科技却没有因此而停步，当中的「抗水阻」仍然是泳衣研发的重中之重。
物料设计 减少摩擦
就以2019年日本Mizuno公司推出新一代泳衣「GX Sonic IV」为例，设计突破泳衣极限，并如单车衣一般，在减轻重量、选料及整体设计上都运用不同科技——由弹性纤维及尼龙材质编织成的平织布泳衣，重量低于200克，同时亦能在紧贴皮肤之馀不会产生压迫感，令泳手穿上时感觉格外舒适。此外，泳衣大部分地方不用缝綫，而是用超音波贴合技术，进一步减轻衣服重量。
至于降低水阻方面，除了利用提及的特殊物料外，泳衣表面上一些有凹凸纹路的纵向沟，能减少摩擦约2.6%，这对「入水」的一刻分外有用。而要最大化转换泳手踢水的功率，只有在泳衣大腿处使用缝綫，加上交叉状剪接的支撑綫，就足够支援选手大力的上下踢水。
可以预期，未来的游泳比赛，斗的除了是运动员的体能及技术，背后的科研团队也必会互相较量一番。
跑到田径场 高弹力
类似「鲨鱼衣」的争议不止在游泳池上出现，跑步场上也如是。或许不少人都听过在2019年一场马拉松上，肯亚选手Eliud Kipchoge穿着Nike Vaporfly长跑鞋，成为第一位能够在两小时内完成全马的选手。这款鞋的特色在于其重量极轻，以及鞋底的碳纤维板、缓冲泡棉及超厚鞋跟所能提供的高弹性、高回弹力和推进力，这些特质都对长跑手的表现大有帮助。
超级跑鞋 跑出纪录
然而，世界田径总会其后只是禁止了Eliud Kipchoge所穿的该款跑鞋，并额外加上一些设计标准，但就没有如鲨鱼衣般禁止所有其他类似设计及发展。而Nike及后亦推出了Air Zoom Maxfly跑鞋，当然其他公司亦有研发多款「超级跑鞋」，令2020年奥运田径场上不少短跑项目都出现破纪录的画面。
更重要的是，由于不少运动员都与这些运动公司签了合约，不能穿着其他牌子的跑鞋参赛，若果因此缘故而输给穿了更强跑鞋的选手，相信有关这些比赛的争议亦会随之接踵而来。
补充资料
即使不用超级装备……
有些人认为，只要禁止使用所有超级装备，就能让选手之间真正做到公平较量，比试实力。理论上是对的，但是一些大型盛事如奥运，人们总想看到破纪录的一刻诞生，主办单位又如何增加比赛可赏性呢？又或是如何提升运动员整体表现呢？
场地设计 善用材质
没错，就是从比赛场地及设备着手。以泳池设计为例，由于泳手游泳时的水波会减慢选手速度，因此泳池的设计便要最小化这些水波，如在池边和池底有换水装置，而池边为了防止水波反弹，刻意打造能够吸收水波的设计，尽量令水面更平整，泳手速度受到最小影响。
来到田径场，除了超级跑鞋仍未被全面禁止外，跑道设计其实亦花尽心思。以东京奥运赛场为例，其采用的MONDOTRACK WS材质，利用特殊橡胶制造立体颗粒结构，务求令跑手踩下去的力能最大地回弹，产生推进力。或许有人认为改造场地不会造成同场对手之间的不公平，然而及后却发现不少运动员都对新赛场不适应，甚至因为太强弹力而更容易弄伤肌肉。因此，比赛场地的设计是否需要订立一系列准则，确实值得探讨。
科技固然令选手表现大为提升，但运动员比赛背后的努力亦不应因而遭到漠视。尤其是看到残奥选手的比赛，身体虽有缺陷，但他们不但没有放弃自己，还更刻苦地为自己的运动理想而努力，即使有没有科技协助，运动员的表现是很值得我们的尊重和肯定。
文：刘心 图：星岛图片库、网上图片、维基百科、Mizuno官网、BBC
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